Оне Овервиев
У процесу производње интегрисаних кола, фотолитографија је основни процес који одређује ниво интеграције интегрисаних кола. Функција овог процеса је да верно преноси и преноси графичке информације кола са маске (која се назива и маска) на супстрат од полупроводничког материјала.
Основни принцип процеса фотолитографије је да се користи фотохемијска реакција фоторезиста обложеног на површини супстрата за снимање шеме кола на маски, чиме се постиже сврха преношења шаблона интегрисаног кола са дизајна на подлогу.
Основни процес фотолитографије:
Прво, фоторезист се наноси на површину подлоге помоћу машине за премазивање;
Затим, фотолитографска машина се користи за излагање супстрата обложеног фоторезистом, а механизам фотохемијске реакције се користи за снимање информација о узорку маске које преноси машина за фотолитографију, довршавајући пренос верности, пренос и репликацију узорка маске на подлогу;
Коначно, развијач се користи за развијање изложене подлоге да би се уклонио (или задржао) фоторезист који је подвргнут фотохемијској реакцији након излагања.
Други процес фотолитографије
Да би се дизајнирани узорак кола на маски пренео на силицијумску подлогу, пренос се прво мора постићи кроз процес експозиције, а затим се силицијумски узорак мора добити процесом јеткања.
Пошто се за осветљење процеса фотолитографије користи жути извор светлости на који су фотоосетљиви материјали неосетљиви, оно се назива и подручје жуте светлости.
Фотолитографија је први пут коришћена у штампарској индустрији и била је главна технологија за рану производњу ПЦБ-а. Од 1950-их, фотолитографија је постепено постала главна технологија за пренос узорака у производњи ИЦ.
Кључни индикатори процеса литографије укључују резолуцију, осетљивост, тачност прекривања, стопу дефекта итд.
Најкритичнији материјал у процесу фотолитографије је фоторезист, који је фотоосетљив материјал. Пошто осетљивост фоторезиста зависи од таласне дужине извора светлости, за фотолитографске процесе су потребни различити фотоотпорни материјали као што су г/и линија, 248 нм КрФ и 193 нм АрФ.
Главни процес типичног процеса фотолитографије укључује пет корака:
-Припрема основног филма;
-Нанесите фоторезист и меко пеците;
-Поравнавање, експозиција и печење након експозиције;
-Развијање тврдог филма;
-Детекција развоја.
(1)Припрема основног филма: углавном чишћење и дехидрација. Пошто ће сви загађивачи ослабити адхезију између фоторезиста и вафла, темељно чишћење може побољшати приањање између плочице и фоторезиста.
(2)Фотоотпорни премаз: Ово се постиже ротацијом силиконске плочице. Различити фоторезисти захтевају различите параметре процеса наношења премаза, укључујући брзину ротације, дебљину фоторезиста и температуру.
Меко печење: Печење може побољшати приањање између фоторезиста и силицијумске плочице, као и уједначеност дебљине фоторезиста, што је корисно за прецизну контролу геометријских димензија накнадног процеса јеткања.
(3)Поравнање и експозиција: Поравнавање и експозиција су најважнији кораци у процесу фотолитографије. Они се односе на поравнавање узорка маске са постојећим узорком на плочици (или шаблону предњег слоја), а затим га озрачивање специфичним светлом. Светлосна енергија активира фотоосетљиве компоненте у фоторезисту, преносећи на тај начин шаблон маске на фоторезист.
Опрема која се користи за поравнање и експозицију је фотолитографска машина, која је најскупљи појединачни део процесне опреме у целом процесу производње интегрисаног кола. Технички ниво фотолитографске машине представља ниво напредовања целе производне линије.
Печење након излагања: односи се на кратак процес печења након излагања, који има другачији ефекат него код дубоких ултраљубичастих фоторезиста и конвенционалних и-лине фоторезиста.
За дубоки ултраљубичасти фоторезист, печење након експозиције уклања заштитне компоненте у фоторезисту, омогућавајући фоторезисту да се раствори у развијачу, тако да је печење након експозиције неопходно;
За конвенционалне и-лине фоторезисте, печење након експозиције може побољшати приањање фоторезиста и смањити стајаће таласе (стојећи таласи ће имати негативан утицај на морфологију ивица фоторезиста).
(4)Развијање тврдог филма: коришћењем развијача да се раствори део фоторезиста (позитивни фоторезист) раствори након експозиције и тачно прикаже шаблон маске са узорком фоторезиста.
Кључни параметри процеса развоја укључују температуру и време развоја, дозу и концентрацију развијача, чишћење итд. Подешавањем релевантних параметара у развоју, разлика у брзини растварања између експонираних и неекспонираних делова фоторезиста може се повећати, чиме се може повећати добијање жељеног развојног ефекта.
Стврдњавање је познато и као печење очвршћавања, што је процес уклањања преосталог растварача, развијача, воде и других непотребних заосталих компоненти у развијеном фоторезисту њиховим загревањем и испаравањем, како би се побољшала адхезија фоторезиста на силицијумску подлогу и отпорност фоторезиста на нагризање.
Температура процеса очвршћавања варира у зависности од различитих фотоотпорника и метода очвршћавања. Претпоставка је да се узорак фоторезиста не деформише и да фоторезист треба да буде довољно чврст.
(5)Развојна инспекција: Ово је да се провери да ли постоје дефекти у узорку фоторезиста након развоја. Обично се технологија препознавања слике користи за аутоматско скенирање узорка чипа након развоја и упоређивање са унапред сачуваним стандардним шаблоном без дефекта. Ако се пронађе било каква разлика, сматра се да је неисправна.
Ако број дефеката премашује одређену вредност, процењује се да је силицијумска плочица пала на тесту развоја и може бити уклоњена или прерађена према потреби.
У процесу производње интегрисаних кола, већина процеса је неповратна, а фотолитографија је један од ретких процеса који се могу прерадити.
Три фотомаске и фотоотпорни материјал
3.1 Фотомаска
Фотомаска, такође позната као фотолитографска маска, је мајстор који се користи у процесу фотолитографије производње плочица интегрисаног кола.
Процес производње фотомаске је претварање оригиналних података о распореду потребних за производњу плочица које су дизајнирали инжењери интегрисаних кола у формат података који могу препознати генератори ласерског узорка или опрема за излагање електронском снопу кроз обраду података маске, тако да могу бити изложени од стране горњу опрему на материјалу подлоге фотомаске обложеном фотоосетљивим материјалом; затим се обрађује низом процеса као што су развијање и гравирање да би се фиксирао узорак на материјалу подлоге; коначно, прегледава се, поправља, чисти и ламинира филмом како би се формирао производ маске и испоручује се произвођачу интегрисаног кола на употребу.
3.2 Фоторезист
Фоторезист, такође познат као фоторезист, је фотоосетљив материјал. Фотоосетљиве компоненте у њему ће бити подвргнуте хемијским променама под зрачењем светлости, узрокујући промене у брзини растварања. Његова главна функција је преношење узорка на маски на подлогу као што је обланда.
Принцип рада фоторезиста: Прво, фоторезист је премазан на подлози и претходно печен да би се уклонио растварач;
Друго, маска је изложена светлости, због чега фотоосетљиве компоненте у изложеном делу пролазе кроз хемијску реакцију;
Затим се врши печење након експозиције;
Коначно, фоторезист се делимично раствара кроз развој (за позитиван фоторезист, изложена површина се раствара; за негативан фоторезист, неекспонирана област се раствара), чиме се остварује пренос узорка интегрисаног кола са маске на подлогу.
Компоненте фоторезиста углавном укључују смолу за формирање филма, фотоосетљиву компоненту, адитиве у траговима и растварач.
Међу њима, смола која формира филм се користи за обезбеђивање механичких својстава и отпорности на нагризање; фотоосетљива компонента подлеже хемијским променама под светлошћу, изазивајући промене у брзини растварања;
Адитиви у траговима укључују боје, појачиваче вискозитета, итд., који се користе за побољшање перформанси фоторезиста; растварачи се користе за растварање компоненти и њихово равномерно мешање.
Фоторезисти који су тренутно у широкој употреби могу се поделити на традиционалне фоторезисте и хемијски појачане фоторезисте према механизму фотохемијске реакције, а такође се могу поделити на ултраљубичасте, дубоке ултраљубичасте, екстремно ултраљубичасте, електронски сноп, јонски сноп и рендгенске фоторезисте према таласна дужина фотоосетљивости.
Четири фотолитографске опреме
Технологија фотолитографије је прошла кроз процес развоја контактне/близине литографије, оптичке пројекцијске литографије, литографије корака и понављања, литографије скенирања, литографије уроњавања и ЕУВ литографије.
4.1 Машина за литографију за контакт/близину
Технологија контактне литографије појавила се 1960-их и била је широко коришћена 1970-их. Био је то главни метод литографије у ери малих интегрисаних кола и углавном се користио за производњу интегрисаних кола са величинама карактеристика већим од 5 μм.
У машини за контактну/близину литографију, плочица се обично поставља на ручно контролисан хоризонтални положај и ротирајући радни сто. Оператер користи микроскоп са дискретним пољем да истовремено посматра положај маске и плочице, и ручно контролише положај радног стола да би поравнао маску и плочицу. Након што се обланда и маска поравнају, две ће бити притиснуте заједно тако да маска буде у директном контакту са фоторезистом на површини облатне.
Након уклањања објектива микроскопа, пресована плочица и маска се померају у табелу за експозицију ради експозиције. Светлост коју емитује живина лампа је колимирана и паралелна са маском кроз сочиво. Пошто је маска у директном контакту са слојем фоторезиста на плочици, шаблон маске се преноси на слој фоторезиста у односу 1:1 након експозиције.
Опрема за контактну литографију је најједноставнија и најекономичнија опрема за оптичку литографију и може постићи експозицију графике величине субмикронских карактеристика, тако да се и даље користи у производњи малих серија производа и лабораторијским истраживањима. У масовној производњи интегрисаних кола, уведена је технологија близине литографије како би се избегло повећање трошкова литографије узроковано директним контактом између маске и плочице.
Литографија близине се широко користила 1970-их током ере малих интегрисаних кола и ране ере интегрисаних кола средњег обима. За разлику од контактне литографије, маска у близинској литографији није у директном контакту са фоторезистом на плочици, али је остављена празнина испуњена азотом. Маска плута на азоту, а величина размака између маске и плочице је одређена притиском азота.
Пошто не постоји директан контакт између плочице и маске у близинској литографији, дефекти уведени током процеса литографије су смањени, чиме се смањује губитак маске и побољшава принос плочице. У литографији близине, јаз између плочице и маске ставља плочицу у подручје Фреснелове дифракције. Присуство дифракције ограничава даље побољшање резолуције опреме за близину литографије, тако да је ова технологија углавном погодна за производњу интегрисаних кола са величинама карактеристика изнад 3μм.
4.2 Степер и репетитор
Степер је једна од најважнијих опреме у историји литографије вафла, која је промовисала субмикронски процес литографије у масовну производњу. Степер користи типично статичко поље експозиције од 22 мм × 22 мм и оптичко пројекционо сочиво са односом редукције од 5:1 или 4:1 за преношење узорка на маски на плочицу.
Машина за литографију корак-и-понавља се генерално састоји од подсистема експозиције, подсистема фазе радног комада, подсистема фазе маске, подсистема фокуса/нивелирања, подсистема поравнања, подсистема главног оквира, подсистема за пренос плочица, подсистема за пренос маске , електронски подсистем и софтверски подсистем.
Типичан радни процес машине за литографију корака и понављања је следећи:
Прво, плочица обложена фоторезистом се преноси на сто радног предмета коришћењем подсистема за пренос плочице, а маска која треба да буде изложена се преноси на сто маске коришћењем подсистема за пренос маске;
Затим, систем користи подсистем за фокусирање/нивелирање да изврши мерење висине у више тачака на плочици на стадијуму радног комада да би добио информације као што су висина и угао нагиба површине плочице која ће бити изложена, тако да површина експозиције од плочица се увек може контролисати унутар фокусне дубине пројекцијског објектива током процеса експозиције;Након тога, систем користи подсистем поравнања да поравна маску и плочицу тако да током процеса експозиције тачност положаја слике маске и преноса узорка плочице увек буде унутар захтева за преклапање.
Коначно, акција корака и експозиције целе површине плочице је завршена према прописаном путу да би се реализовала функција преноса узорка.
Следећа машина за литографију корака и скенера заснива се на горе наведеном основном радном процесу, побољшавајући корак → излагање скенирању → експозиција и фокусирање/нивелисање → поравнање → експозиција на двостепеном моделу мерењу (фокусирање/нивелисање → поравнање) и скенирање излагање паралелно.
У поређењу са машином за литографију корак-и-скен, машина за литографију корак-и-понавља не мора да постигне синхроно обрнуто скенирање маске и плочице, и не захтева табелу маске за скенирање и систем контроле синхроног скенирања. Дакле, структура је релативно једноставна, трошак је релативно низак, а операција је поуздана.
Након што је ИЦ технологија ушла у 0,25 μм, примена литографије корак-и-понављање почела је да опада због предности степ-анд-сцан литографије у величини поља за скенирање и уједначености експозиције. Тренутно, најновија литографија корак-и-понављање коју обезбеђује Никон има поље статичке експозиције једнако велико као и степ-анд-сцан литографија и може да обради више од 200 плочица на сат, уз изузетно високу ефикасност производње. Ова врста литографске машине се тренутно углавном користи за производњу некритичних ИЦ слојева.
4.3 Степер скенер
Примена степ-анд-сцан литографије почела је 1990-их. Конфигурисањем различитих извора светлости експозиције, технологија степ-анд-сцан може да подржи различите чворове процесне технологије, од 365нм, 248нм, 193нм имерзије до ЕУВ литографије. За разлику од степ-анд-репеат литографије, експозиција у једном пољу у степ-анд-сцан литографији усваја динамичко скенирање, то јест, плоча маске довршава кретање скенирања синхроно у односу на плочицу; након што је тренутна експозиција поља завршена, плочица се преноси степеном обратка и прелази на следећу позицију поља скенирања, а поновљено излагање се наставља; поновите експозицију корак и скенирајте више пута док се не открију сва поља целе плочице.
Конфигурисањем различитих типова извора светлости (као што су и-лине, КрФ, АрФ), степер-скенер може да подржи скоро све технолошке чворове полупроводничког фронт-енд процеса. Типични ЦМОС процеси засновани на силицијуму су усвојили степер-скенере у великим количинама од чвора од 0,18 μм; машине за екстремну ултраљубичасту (ЕУВ) литографију које се тренутно користе у процесним чворовима испод 7нм такође користе степ-скенирање. Након делимичне адаптивне модификације, степпер-скенер такође може да подржи истраживање и развој и производњу многих процеса који нису засновани на силицијуму као што су МЕМС, уређаји за напајање и РФ уређаји.
Главни произвођачи литографских машина за пројекциону литографију са степеном и скенирањем су АСМЛ (Холандија), Никон (Јапан), Цанон (Јапан) и СМЕЕ (Кина). АСМЛ је 2001. године лансирао ТВИНСЦАН серију машина за литографију корак и скенирај. Она усваја двостепену системску архитектуру, која може ефикасно да побољша излазну брзину опреме и постала је најраширенија машина за литографију високог квалитета.
4.4 Имерзиона литографија
Из Рејлијеве формуле се може видети да, када таласна дужина експозиције остане непромењена, ефикасан начин за даље побољшање резолуције слике је повећање нумеричке бленде система за снимање. За резолуцију слика испод 45нм и више, метода суве експозиције АрФ више не може да испуни захтеве (јер подржава максималну резолуцију слике од 65нм), па је неопходно увести методу литографије потапањем. У традиционалној технологији литографије, медијум између сочива и фоторезиста је ваздух, док технологија имерзионе литографије замењује ваздушни медијум течношћу (обично ултра чиста вода са индексом преламања од 1,44).
У ствари, технологија имерзионе литографије користи скраћивање таласне дужине извора светлости након што светлост прође кроз течни медијум да би се побољшала резолуција, а однос скраћивања је индекс преламања течног медијума. Иако је машина за литографију за потапање тип машине за степ-анд-сцан литографију, а њено системско решење опреме се није променило, она је модификација и проширење АрФ степ-анд-сцан литографске машине због увођења кључних технологија повезаних са до потапања.
Предност имерзионе литографије је у томе што је, због повећања нумеричког отвора система, побољшана способност резолуције слике литографске машине степ-скенера, која може задовољити процесне захтеве резолуције слике испод 45 нм.
Пошто машина за литографију за урањање и даље користи АрФ извор светлости, континуитет процеса је загарантован, чиме се штеди трошкови истраживања и развоја извора светлости, опреме и процеса. На основу тога, у комбинацији са вишеструком графичком и компјутерском литографском технологијом, машина за литографију за урањање може се користити на процесним чворовима од 22 нм и ниже. Пре него што је ЕУВ литографска машина званично пуштена у масовну производњу, машина за литографију за урањање је била нашироко коришћена и могла је да испуни процесне захтеве 7нм чвора. Међутим, због увођења течности за урањање, инжењерска потешкоћа саме опреме значајно се повећала.
Његове кључне технологије обухватају технологију снабдевања и рекуперације течности са имерзионом течношћу, технологију одржавања поља имерзионе течности, технологију загађења и контроле дефекта имерсионом литографијом, развој и одржавање пројекционих сочива са ултра-великим нумеричким отвором и технологију детекције квалитета слике у условима потапања.
Тренутно, комерцијалне АрФи машине за степ-анд-сцан литографију углавном обезбеђују две компаније, и то АСМЛ из Холандије и Никон из Јапана. Међу њима, цена једног АСМЛ НКСТ1980 Ди је око 80 милиона евра.
4.4 Машина за екстремну ултраљубичасту литографију
Да би се побољшала резолуција фотолитографије, таласна дужина експозиције се додатно скраћује након што се усвоји ексцимер извор светлости, а екстремно ултраљубичасто светло са таласном дужином од 10 до 14 нм се уводи као извор светлости експозиције. Таласна дужина екстремне ултраљубичасте светлости је изузетно кратка, а рефлектујући оптички систем који се може користити обично се састоји од вишеслојних филмских рефлектора као што су Мо/Си или Мо/Бе.
Међу њима, теоријска максимална рефлексивност Мо/Си вишеслојног филма у опсегу таласних дужина од 13,0 до 13,5нм износи око 70%, а теоријска максимална рефлексивност Мо/Бе вишеслојног филма на краћој таласној дужини од 11,1нм је око 80%. Иако је рефлективност Мо/Бе вишеслојних филмских рефлектора већа, Бе је веома токсичан, па је истраживање таквих материјала напуштено при развоју технологије ЕУВ литографије.Тренутна технологија ЕУВ литографије користи Мо/Си вишеслојни филм, а њена таласна дужина изложености је такође одређена на 13,5 нм.
Главни извор екстремног ултраљубичастог светла користи технологију плазме произведене ласером (ЛПП), која користи ласере високог интензитета да побуђује врућу топљиву Сн плазму да емитује светлост. Дуго времена су снага и доступност извора светлости била уска грла која ограничавају ефикасност ЕУВ литографских машина. Кроз појачало снаге главног осцилатора, технологију предиктивне плазме (ПП) и технологију чишћења огледала за прикупљање на лицу места, снага и стабилност ЕУВ извора светлости су знатно побољшани.
ЕУВ литографска машина се углавном састоји од подсистема као што су извор светлости, осветљење, сочиво објектива, фаза радног комада, фаза маске, поравнање плочице, фокусирање/нивелисање, пренос маске, пренос плочице и вакуумски оквир. Након проласка кроз систем осветљења састављен од вишеслојних обложених рефлектора, екстремно ултраљубичасто светло се зрачи на рефлектујућу маску. Светлост коју рефлектује маска улази у оптички систем тоталне рефлексије састављен од низа рефлектора, и коначно се рефлектована слика маске пројектује на површину плочице у вакуумском окружењу.
Видно поље експозиције и видно поље ЕУВ литографске машине су у облику лука, а метода скенирања корак по корак се користи да би се постигла потпуна експозиција плочице како би се побољшала излазна брзина. АСМЛ најнапреднија машина за ЕУВ литографију НКСЕ серије користи извор светлости за експозицију таласне дужине од 13,5 нм, рефлектујућу маску (коси упад од 6°), систем објектива за рефлективну пројекцију 4к редукције са структуром од 6 огледала (НА=0,33), а видно поље за скенирање од 26 мм × 33 мм и окружење за излагање у вакууму.
У поређењу са машинама за литографију са потапањем, резолуција једне експозиције ЕУВ литографских машина које користе екстремне ултраљубичасте изворе светлости је знатно побољшана, што може ефикасно да избегне сложен процес потребан за вишеструку фотолитографију за формирање графике високе резолуције. Тренутно, резолуција једне експозиције литографске машине НКСЕ 3400Б са нумеричким отвором од 0,33 достиже 13нм, а излазна брзина достиже 125 комада/х.
Да би се задовољиле потребе даљег проширења Муровог закона, у будућности ће ЕУВ литографске машине са нумеричким отвором од 0,5 усвојити систем пројекционог објектива са централним блокирањем светлости, користећи асиметрично увећање од 0,25 пута/0,125 пута, и Видно поље експозиције скенирања биће смањено са 26м × 33мм на 26мм × 16,5мм, а једноструко резолуција експозиције може досећи испод 8 нм.
—————————————————————————————————————————————————— ———————————
Семицера може да обезбедиграфитних делова, мекани/чврсти филц, делови од силицијум карбида, ЦВД делови од силицијум карбида, иСиЦ/ТаЦ обложени деловиса пуним процесом полупроводника за 30 дана.
Ако сте заинтересовани за горе наведене полупроводничке производе,молимо не оклевајте да нас контактирате први пут.
Тел: +86-13373889683
ВхатсАПП: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Време поста: 31.08.2024